Зазоры нанометровой ширины позволяют улучшить методику ИК-спектроскопии
 Схематическое изображение процесса формирования нанозазоров на поверхности. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
В последние годы исследователи выяснили, что они могут увеличивать взаимодействие между светом и веществом, используя электроны, коллективно осциллирующие на поверхности металлов – так называемые «поверхностные плазмоны». Слабые поля усиливаются, когда их частота попадает в резонанс с плазмонами, и этот эффект уже успешно применяется в таких исследовательских методиках, как гигантское комбинационное рассеяние. В самом деле, ученым уже удалось получить усиление в рамках гигантского комбинационного рассеяния более чем на 8 порядках в случайных «горячих» точках металлических наноструктур на поверхности.
Совместная группа исследователей из University of Minnesota (США), Duke University (США) и Istituto Italiano di Tecnologia (Италия) в своей работе выяснила, что в рамках методики поверхностного инфракрасного поглощения можно добиться усиления до 5 порядков, используя зазоры шириной всего 3 нанометра, расположенные в плотном массиве миллиметровой длины «горячих» точек.
В проведенном эксперименте ученые создавали указанные зазоры нанометровой ширины путем осаждения тонких слоев оксида алюминия на боковых стенках шаблона из металла, используя хорошо известный метод осаждения атомных слоев. Техника позволяет контролировать толщину осаждаемой пленки, которая затем определяет ширину зазора в несколько ангстрем на металлической поверхности. А поскольку осаждение тонких пленок – это быстрый и, если можно так выразиться, «оптовый» процесс, одновременно можно формировать плотные массивы зазоров нанометровой ширины на поверхности всей пластины.
Как отмечают исследователи, сформированная таким образом поверхность по существу похожа на плоское зеркало. Только 0,5% ее площади покрыто нанометровыми зазорами, а остальная часть – голый металл (золото или серебро). Смежные зазоры соединены друг с другом под поверхностью, что образует U-образные полости, заполненные оксидом алюминия – диэлектрической основой всего в несколько нанометров толщиной.
Хотя зазоры действительно занимают лишь 0,5% площади поверхности, они могут формировать сильную связь с падающим светом инфракрасного диапазона, длина волны которого в 1000 раз больше, чем ширина зазора. В результате появляется возможность формировать «горячие» точки вблизи нанометровых зазоров, в которых плотность электромагнитного поля чрезвычайно высока.
В настоящее время ученые сформировали поверхность, полости на которой резонируют при длине волны от 1 до 10 мкм – в этом диапазоне также резонируют множество молекул, в том числе биологических. Размещение молекулы вблизи зазора может существенно повысить долю поглощаемого ими инфракрасного света. Это открывает возможность определять, какие молекулы присутствуют около поверхности.
По словам научной группы, они могут настроить резонанс созданных нанозазоров в широком диапазоне частот от видимой области до дальней инфракрасной части спектра. Дополнительным преимуществом методики является то, что устройство формируется на кремниевой пластине, а ширина зазоров выставляется прежде, чем устройство будет использовано в качестве датчика, т.е. до того, как появятся нежелательные загрязнения.
Подробные результаты работы опубликованы в журнале Nano Letters.
Также по теме:
- Плазмонные антенны можно производить при помощи трафарета
- Ученые предложили конструкцию «металинзы»
- Первая плоская линза, фокусирующая свет без искажений
- Предложен новый подход к нанотехнологиям через трещины
- Фотоника становится гибкой
Источники: